基于交通污染控制的多車型發展問題研究

楊　婧　苗　壯

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

基于交通污染控制的多車型發展問題研究

楊婧苗壯

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要針對汽車車型種類日益繁多，交通污染日益嚴重的問題，目前劃分車型的依據多而雜。文中從汽車能源的角度劃分車型，提出根據控制車型的擁有量來控制二氧化碳的排放,并建立模型計算碳排放量。從能源與環保角度，提出發展新型能源汽車，尤其是純電動汽車，是必然的趨勢，并給出了控制多車型發展的建議。

關鍵詞碳排放多車型排污控制純電動汽車

隨著城市發展快速化，人均GDP逐年遞增，機動車保有量也急劇增加(見表1)，汽車排污已成為空氣污染的重要來源。

表1　2004～2012年中國汽車保有量

目前，汽車使用燃料仍以汽油為主，未來一段時期內，如果沒有相應政策措施的調控，汽油需求量將會持續增長，由汽車排放導致的溫室氣體和污染物也會持續增長。為通過節能減排實現低碳城市發展目標，施曉清等[1]指出傳統汽油車向新能源汽車的轉型是一項重要的舉措，其中電動汽車因其節能減排的優勢將在這次轉型中發揮重要作用，并分析了電動汽車碳減排潛力和影響因素；另外，由于石油資源的不可再生性，發展新型能源汽車是必然的趨勢。許光清等[2]提出控制中國汽車交通的燃油消耗和溫室氣體排放的一系列政策。就汽車減排與能源問題而言，主要從上述2個方面研究較多。但是，任何事物的轉型或過渡都有一定的階段，不可能短期內讓所有汽油汽車消失，轉而全部用新型能源汽車替代，在此過程中相關部門如何先行決策控制好各種能源燃料汽車的比例，成為一個重要問題。

3結語

在進行交通規劃管理時，通過計算路邊停車對路段交通流造成的延誤影響，能更準確地確定路段的服務水平，從而進行有效的交通規劃及管理。本文針對雙向4車道城市道路采用路邊橫向停車方式的情況進行分析，根據路邊停車對交通流產生的影響及交通波理論，對路段車流的延誤時間和排隊長度建立了相應的模型并進行了簡單的計算及驗證。該模型對研究路段服務水平，確定路邊停車對交通流的延誤影響有著重要意義，并為是否允許路邊停車的實施提供依據。

參考文獻

[1]馮偉.路邊停車對路段交通流的影響研究[D].北京：北京交通大學，2008.

[2]梁軍，李旭宏，于洪軍,等.路邊停車對路段交通流的影響研究[J].公路交通科技，2003，20(2)：85-87．

[3]王殿海，嚴寶杰.交通流理論[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]劉柏平，王鍇.路邊停車對交通流延誤的影響分析[J].交通與運輸，2011(7):82-83.

1碳排放計算方法

交通污染碳排放計算方法主要有：因素分解法、模型分析法、投入產出法和生命周期評價。其中，因素分解法對數據來源的充足性和準確性依賴較大，容易造成因素不完全分解；投入產出法主要反映經濟對環境的影響；生命周期評價要求獲悉原始數據，否則產生不準確可能性較大。燃料碳排放模型對數據要求不高，適用于計算某交通工具使用過程中的碳排放，方法簡便易于實現，結果能夠真實反映由于消耗燃料產生的碳排放。因此，本文選擇排放模型方法計算碳排放量。具體模型如下。

式中：EM,j為M類污染物j類車型的年排放總量；ρM,j為M類污染物j類車型的排放因子；QN,j為j類車型第N年的汽車擁有量；l為年平均行駛里程。

2多車型共存的排污控制

2.1多車型共存的排污控制模型

假設共有J種車型，第N年汽車擁有量為QN，根據上述排污計算模型，為達到低碳目的，使總的排污量最小，得到系統優化模型。

此問題為線性規劃問題，可用單純形法求解。在多種車型共存，逐漸向新能源汽車過渡的階段可獲得各種車型的控制量，以達到排污最小化的目的。

2.2車型分類標準

車型分類目前尚沒有整齊、統一的標準，關于多車型與交通問題相聯系的研究中，國內學者劉偉銘等[3]率先提出將車型分類進行收費，并證明其必要性；李學遷等[4]提出污染稅和擁擠稅的多車型收費策略，但都只是粗略地將車型劃分為車型1、車型2；李鐵柱[5]在其研究展望中指出汽車車型種類日益繁多，燃料結構也更加復雜，目前車型劃分的方法和車型種類過于單一，應當將車型劃分與車用燃料類型結合進行劃分。本文考慮汽車動力能源類型，結合碳排放特征，把車型分為傳統燃料即汽油用汽車，終端零排放的純電動汽車，以及排放介于兩者之間混合動力汽車進行研究。

3算例分析

3.1算例

則minE=322.3×12×Q2030,1+103.3×12×Q2030,2+68.39×12×Q2030，3

3.1.1算例求解

此問題為線性規劃問題，可用單純形法求解，但是單純形法往往計算較繁瑣，本文選用圖解法解3個變量線性求優問題，更直觀、易懂，并且大大加速了求解過程。在文獻[8]中已證明此方法與單純形法求解結果一致。

求解步驟：

(1) 以25 000為邊長作等邊三角形，三角形每一條邊代表一個坐標軸，如x1-x2軸，其垂直方向反映x3的值，指向三角形范圍以內者為正，見圖1。當它位于x1-x2軸線上時x3值為0，x3值順著x2-x3或x1-x3方向逐漸增長(采用軸x2-x3代表x3的值) ，到達x3頂點時x3達到最大值。根據式(1)，(2)，(3)在三角形范圍內繪出可行域，分別作x1=8 000，x2=10 000，x3=14 000的直線，相交于3點a，b，c，即圖中陰影部分即為可行域。

(2) 在圖1中繪制目標函數E，由于E是線性函數，所以圖形應呈現一條直線，即等效益線。這條直線必與三角形兩邊相交，而不與第三邊相交(頂點處除外)，根據這個道理繪制等效益線。假定等效益線通過x2-x3軸上任意一點I，其坐標顯然有x1=0。再假定x2=5 000，帶入(4)等到x3=20 000。I點得出的效益值：322.3×12×0+103.3×12×5 000+68.39×12×20 000=22 611 600。

(3) 尋找效益值等于22 611 600的直線的另一端點。假設在x1-x3軸線上，那么x2=0，且此點必與I點有相同的效益值，所以有：

x1+x2+x3=x1+0+x3=25 000

322.3×12×x1+103.3×12×0+

68.39×12×x3=22 611 600

聯立求解，得x1=687萬輛，x3=24 313萬輛，符合非負約束。若不符合非負約束條件，則另一端點應x1-x2在軸上，同理也可求得。

(4) 尋找目標函數取得最小效益值時x1，x2，x3的值，即最優解。將上述找到的效益等值線向陰影區域移動，由于目標函數是求最小值，繪制效益等值線應從較小處開始，平移的效益值是逐漸增加的，所以與可行域首先接觸到的值即為最優解。見圖1。

圖1　算例求解示意圖

3.1.2結果分析

在以上算例中，即使在對車型有限制的前提下，還是應該大力控制汽油用車，才能更好地達到減少排污的目標。假設如下3種情形：

(1) 未來十幾年里，汽車燃料仍全為汽油，到2030年汽車CO2排放量：

E=322.3×12×25 000=96 690 000g(情形1)

(2) 若車型的比例達到如算例所示結果，到2030年汽車CO2排放量：

E=322.3×12×3 000+103.3×12×10 000+68.39×12×14 000=35 488 320=g(情形2)

(3) 若各項政策、措施和技術達到要求，低碳車型賣入全面發展時代，到2030年汽車CO2排放量：

E=68.39×12×25 000=20 517 000g(情形3)

3種情形下CO2的排放量見圖2。

圖2　3種情形下CO2排放量示意圖

由圖2可見，當全為純電動汽車時，CO2排放量比全為汽油汽車減少了78.78%，當有過渡車型存在并且各種車型數量均不為0時，若按本文模型控制好數量，CO2排放量比全為汽油汽車減少63.3%。大力發展純電動汽車、控制各車型的保有量是減少CO2排放的有力措施，但這與相關政策的支持、電動汽車相關設施技術的完善、公眾的接收度等諸多因素有關。

4控制汽車車型發展的建議

4.1控制汽車車型的建議

(1) 關于汽車擁有量的控制。通過限定每年拍賣的汽車牌照的數量實現用配額的方法控制汽車擁有量。新加坡和香港在經濟高速發展的過程中實施了汽車牌照拍賣政策，有效緩解了有限的道路資源與飛速增長的機動車數量之間的矛盾[9]。政府可結合控制整體的碳排放量與消費者市場需求額定每年不同車型的汽車牌照數量，以此達到控制各車型擁有量及汽車總擁有量的目的。

(2) 關于購買、登記車輛的政策。對購買、登記車輛，征收消費稅、購置稅，可以對不同的車型設置不同的消費稅、購置稅，顯然汽油用車增收高稅費，新型能源汽車征收低稅費，根據各種能源的碳排放情況再設置不同范圍的稅費，甚至可免稅并進行經濟補貼。將政府部門鼓勵低碳型汽車消費的意愿通過不同稅收水平的設置直接傳達給消費者。

(3) 關于擁堵的政策。對擁堵路段或區域實行擁堵收費，限號出行，限路段出行，對使用公共交通的用戶進行補貼，向用戶傳達道路上行駛汽車數量過多，政府鼓勵公共出行。

(4) 關于排污的政策。對不同車型征收不同的排污費，排污越多則排污費越多，以此向用戶傳達政府鼓勵使用低碳型汽車。

4.2純電動汽車相關技術設施的建議

(1) 本身技術問題的建議。純電動汽車中使用的電池，其充電速度，蓄電能力等是技術關鍵，由于我國蘊藏豐富的鋰資源，而且鋰電池性能優越，汽車技術可以此為導向攻克這一難題。

(2) 相關設施問題的建議。可建立一定數量的充電站，配專用電纜和插頭，以延長汽車行駛里程，在充電站建立相應的停車設施，充電站可由政府規劃支持各大供電公司參與建設、獨立經營管理。采取智能計費，不花費人力管理。也可存儲滿電電池，配套機械設備為各車型更換，以備急需。

5結語

本文建立了多車型碳排量計算模型，從汽車所用能源角度將其分為3個代表性車型，建立算例并計算，得到純電動汽車碳排放量比汽油汽車減少78.78%。純電動汽車對低碳交通的發展有重要作用。最后給出了控制車型比例，推動純電動汽車發展的政策建議。

[1]施曉清，楊笑諾.低碳交通電動汽車碳減排潛力及其影響因素分析[J].環境科學，2013(1):385-392.

[2]許光清,鄒驥.控制中國汽車交通燃油消耗和溫室氣體排放的技術選擇與政策體系[J].氣候變化研究進展,2009(3):167-168.

[3]劉偉銘，黃亞飛.聯網收費情況下的多車型多準則交通均衡模型與算法[J].土木工程學報,2004(10):104-109.

[4]李學遷，朱道立.含污染控制的多車型隨機交通系統最優收費及其評價[J].系統工程理論與實踐,2012(7): 1554-1560.

[5]李鐵柱.城市交通大氣環境影響評價及預測技術研究[M].南京：東南大學出版社，2001.

[6]蔡皓,謝紹東.中國不同排放標準機動車排放因子的確定[J].北京大學學報：自然科學版，2010(3):319-326.

[7]財政部經濟建設司.節能量審核培訓教材[M].北京: 財政部經濟建設司,2011.

[8]謝叔敏.三個變量線性問題求優的圖解法[J].基建優化,1988(1):31-35.

[9]許光清.北京交通擁堵的外部性及政府解決方法初探[J].地理科學進展,2006(4):129-136.

收稿日期：2014-10-21

TheResearchofDevelopmentProblemsof
Multi-modelBasedonControllingTrafficPollution

Yang Jing, Miao Zhuang

(GuizhouCommunicationPlanningSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Guiyang550081,China)

Abstract：For increasing variety of car models, traffic pollution is worsening, and the current division bases are multiple and complex. Based on the above, the model of automobile is divided from the perspective of the energy in this article. It is proposed that controlling the amount of carbon dioxide emissions can be achieved by controlling models of possession quantity, and the calculation model of carbon emission is established. From the view of energy and environment, the development of new energy vehicles, especially pure electric vehicles is proposed as an inevitable trend, and several proposals to control multi-vehicle development are given.

Key words:carbon emissions; multi-model; emission control; pure electric vehicles

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.055